一种纳米纤维过滤吸附膜及其制备方法和应用 |
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| 申请号 | CN202410144612.1 | 申请日 | 2024-02-01 | 公开(公告)号 | CN117942792A | 公开(公告)日 | 2024-04-30 |
| 申请人 | 延阳康科技服务(上海)有限公司; | 发明人 | 请求不公布姓名; 马洪洋; 陈少军; 彭夯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及膜分离技术领域，提供一种 纳米 纤维 过滤 吸附 膜及其制备方法和应用，所述纳米纤维过滤吸附膜以纳米纤维过滤膜为基材，在纳米纤维过滤膜表面引入能与白介素作用的官能团，至少能吸附一种白介素；本发明提供的纳米纤维过滤吸附膜的官能团 密度 大、吸附能 力 强，采用新的表面修饰方式，简单廉价，工艺适合于后期的生产及产业化，具有良好的过滤性能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种纳米纤维过滤吸附膜，其特征在于，所述纳米纤维过滤吸附膜以纳米纤维过滤膜为基材，在纳米纤维过滤膜表面引入能与白介素作用的官能团，至少能吸附一种白介素。 |
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| 说明书全文 | 一种纳米纤维过滤吸附膜及其制备方法和应用技术领域[0001] 本发明涉及膜分离技术领域，尤其涉及一种纳米纤维过滤吸附膜及其制备方法和应用。 背景技术[0002] 血浆过滤技术是针对人体血浆中的有害物质，比如过多的油脂、有害蛋白、以及病毒等，采用纤维素‑无机杂化材料所制备的膜，通过深层过滤和吸附的原理实现对以上有害物质的去除，比如当今普遍采用的3M公司的产品。然而，有害蛋白中的白介素，比如白介素‑8和白介素‑11，对吸附介质有独特的要求，因此需要对现有的血浆过滤材料采取进一步的改造，以满足实际过滤的需求，提升血浆过滤的效率。 [0003] 针对白介素‑1、白介素‑6、白介素‑8和白介素‑10，CN101522232B制备了填充疏水性纤维的细胞吸附柱，并在纤维表面结合有胺残基，包括季氨基以及含有3‑18个碳原子的伯‑叔氨基，用以吸附以上白介素。另外，EP0723794A1采用非水溶性纤维素基多孔介质，负载上辛醇‑水分配系数大于2.5的氨基化合物，即可用于白介素‑1、白介素‑2、白介素‑6、白介素‑8和肿瘤坏死因子的吸附。US7279106B2着重采用十六烷基胺负载的纤维素凝胶能够实现对除白介素‑8的其它白介素的有效吸附。EP0729784A1和EP0796865A2采用表氯醇或者氯磺酸作为功能化桥梁，在多孔纤维素基材上引入阴离子官能团包括硫酸酯基、磺酸基、羧基以及膦酸酯基，用于吸附白介素‑1β、白介素‑2、白介素‑6、白介素‑8。US5626760A保护处理血液的多功能装置，主要是采用丙烯腈与甲基丙烯磺酸钠的共聚物膜，对白介素‑1β和肿瘤坏死因子成功进行吸附。由于不同的白介素的组成不同，因此，需要采用不同的官能团对纤维素基材进行修饰，实现对白介素的选择性吸附。此外，通过负载脂质体、契合寡聚物、抗体、抗原，以及无机纳米材料和多孔碳材料比如中空碳球、介孔碳和活性炭等亦可实现对白介素的物理吸附。 [0004] 总结起来，就是以多孔纤维素为基材，通过表氯醇等双官能团分子对其表面进行修饰，最终在基材表面引入阴离子、阳离子官能团或者抗体、抗原等，最终实现对白介素的选择性吸附。以上发明存在尚需解决的问题，包括：吸附位点的密度需要进一步提高，以适应快速的动态吸附和更大的吸附量；吸附选择性与多功能吸附之间的均衡；以及吸附材料的稳定性等。因此，如何开发一种新型的用于白介素吸附的纤维膜，对于血浆过滤有重要的意义。 发明内容[0006] 为了解决上述技术问题，第一方面，本发明提供了一种纳米纤维过滤吸附膜，所述纳米纤维过滤吸附膜以纳米纤维过滤膜为基材，在纳米纤维过滤膜表面引入能与白介素作用的官能团，至少能吸附一种白介素。 [0007] 本发明提供的新型的纳米纤维过滤吸附膜，利用纳米纤维膜比表面积高、孔径大小可调以及孔隙连通的特性，通过静电纺丝技术将聚砜等高分子材料制成纳米纤维膜基材，再对纳米纤维表面进行选择性的化学修饰，即可得到纳米纤维过滤膜，并用于白介素‑8与白介素‑11的吸附以及血浆过滤净化领域，具有良好的应用价值。 [0008] 在本发明中，纳米纤维过滤膜一般将原料通过静电纺丝、熔喷、编织、非溶剂诱导相分离等方式制备得到的，优选使用静电纺丝。具体地，静电纺丝的方式可以是单喷头静电纺丝、双喷头静电纺丝、多喷头静电纺丝等。纳米纤维过滤膜静电纺丝的条件一般为：纺丝电压11～13kV；纺丝流速30微升每分；纺丝距离：15～20厘米，静电纺丝使用的溶剂包括N,N‑二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或N‑甲基吡咯烷酮中的任意一种或至少两种的组合。 [0009] 本发明提供的膜，官能团密度大，静电纺纳米纤维膜的比表面积通常为10‑40m2/g，比常规纤维要高10‑100倍，相应的官能团密度就会提高。而官能团密度大所导致的直接结果就是吸附能力强。现有的技术所用的基材通常为常规的微米尺寸的基材，比表面积比静电纺纳米纤维低10‑100倍，因此官能团密度较低，吸附效果有限。 [0010] 优选地，所述白介素包括白介素‑1、白介素‑2、白介素‑6、白介素‑8、白介素‑10或白介素‑11中的任意一种。 [0011] 优选地，所述纳米纤维过滤膜的材料包括聚砜、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚醚酮或纤维素中的任意一种或至少两种的组合。 [0012] 优选地，所述官能团包括阳离子官能团、阴离子官能团、疏水官能团或亲水官能团中的任意一种或至少两种的组合。 [0013] 优选地，所述阳离子官能团包括铵基、氨基、鏻基、锍基或胺基中的任意一种或至少两种的组合。 [0014] 优选地，所述阴离子官能团包括羧基、磺酸基、磺酸酯基或膦酸酯基中的任意一种或至少两种的组合。 [0015] 优选地，所述亲水官能团包括羟基、醚基、醛基、酯基或酰胺基中的任意一种或至少两种的组合。 [0016] 优选地，所述疏水官能团包括C1～C20的烷基和/或C1～C20的芳基。 [0017] 优选地，所述官能团在纳米纤维过滤吸附膜的含量为0.01～10mmol/g，例如可以是0.01mmol/g、0.1mmol/g、1mmol/g、3mmol/g、6mmol/g、8mmol/g或10mmol/g等。在本发明中，官能团含量越高，吸附量越大。 [0018] 优选地，所述纳米纤维过滤吸附膜的纤维直径为0.1～1μm，例如可以是0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm或1μm等。 [0019] 优选地，所述纳米纤维过滤吸附膜的纤维孔径为1～50μm，例如可以是1μm、2μm、5μm、10μm、15μm、20μm、30μm、40μm或50μm等。 [0020] 优选地，所述纳米纤维过滤吸附膜的纤维厚度为10～500μm，例如可以是10μm、20μm、50μm、100μm、150μm、200μm、300μm、400μm或500μm等。 [0021] 第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述的纳米纤维过滤吸附膜的制备方法，所述制备方法为：将能与白介素作用的官能团通过化学反应连接到纳米纤维过滤膜，得到所述纳米纤维过滤吸附膜。 [0022] 优选地，所述化学反应包括亲核取代反应、亲电取代反应、亲核加成反应或亲电加成反应中的任意一种或至少两种的组合。 [0023] 优选地，所述亲核取代包括氯甲基化反应。 [0025] 氯甲基化反应的所使用的溶剂包括二氯甲烷、三氯甲烷、正己烷、石油醚等。反应的温度为0～60℃，优选为10～25℃，更优选为20℃。反应的时间为0.5～24h，优选为1～12h，更优选为2h。 [0026] 优选地，所述亲电取代反应包括季铵化反应。 [0027] 优选地，所述季铵化反应使用的反应试剂包括吉拉尔特试剂、三甲胺、三乙胺或乙二胺中的任意一种或至少两种的组合。 [0028] 季铵化反应的溶剂包括四氢呋喃、甲醇或乙腈中的任意一种或至少两种的组合。 [0029] 第三方面，本发明提供了一种第一方面所述的纳米纤维过滤吸附膜在血浆过滤中的应用。 [0030] 本发明提供的纳米纤维过滤吸附膜，对于血浆过滤有良好的效果，尤其可以应用于吸附白介素‑8、白介素‑11等，效果优良。 [0031] 实施本发明，具有以下有益效果： [0032] (1)本发明提供的纳米纤维过滤吸附膜的官能团密度大、吸附能力强。 [0033] (2)本发明提供的纳米纤维过滤吸附膜，采用新的表面修饰方式，简单廉价，工艺适合于后期的生产及产业化。 [0035] 图1是使用商业膜做血浆过滤时，过滤前后血浆组成的变化图。 [0036] 图2是季铵化聚砜纳米纤维过滤吸附膜与商业膜在进行血浆过时，当流量固定时压力随过滤血浆量的变化图。 具体实施方式[0037] 以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。 [0038] 在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。 [0039] 实施例1 [0040] 本实施例提供一种纳米纤维过滤吸附膜 [0041] 将聚砜在60℃下溶于DMF中，制成质量分数20％的溶液用于静电纺丝。采用双喷头静电纺丝方式，在正电压为12kV、负电压为‑3kV、流速为30μL/min、纺丝距离为15cm、接收辊转速为60rpm下进行静电纺丝。纺丝液总体积约为20mL，以铝箔为接收基材，制得尺寸为302 ×20cm、厚度为100微米的聚砜静电纺纳米纤维膜。 [0042] 将8g聚砜纳米纤维膜置于1000mL的正己烷和4.8g氯甲醚的反应体系中，然后加入无水三氯化铝1.2g。机械搅拌下室温反应2小时。取出静电纺纳米纤维膜，置于3L水中洗涤3次以上。烘箱中60度干燥24小时。 [0043] 将氯甲基化的聚砜纳米纤维膜置于1000毫升甲醇(或THF)且含有20毫升(2mol/L)三甲胺的THF的溶液体系中，50度下加热搅拌反应12小时。取出静电纺丝膜，用3L的水反复洗涤3次以上，室温晾干，即可得到季铵化聚砜纳米纤维过滤吸附膜。 [0044] 实施例2 [0045] 本实施例提供一种纳米纤维过滤吸附膜 [0046] 将磺化度为30％的聚醚砜在60℃下、加热搅拌24小时溶于DMF中，制成质量分数25％的溶液用于静电纺丝。采用双喷头静电纺丝方式，在正电压为19kV、负电压为‑1kV、流速为2.0μL/min、纺丝距离为15cm、接收辊转速为60rpm下进行静电纺丝。纺丝液总体积约为 2 20mL，以铝箔为接收基材，制得尺寸为30×20cm 、厚度为100微米的磺化聚醚砜静电纺纳米纤维膜。 [0047] 实施例3 [0048] 本实施例提供一种纳米纤维过滤吸附膜 [0049] 将尼龙‑66在60℃下加热搅拌2小时溶于甲酸中，制成质量分数20％的溶液用于静电纺丝。采用双喷头静电纺丝方式，在正电压为20kV、负电压为‑1kV、流速为2.0μL/min、纺丝距离为15cm、接收辊转速为60rpm下进行静电纺丝。纺丝液总体积约为5mL，以铝箔为接收2 基材，制得尺寸为30×20cm、厚度为30微米的尼龙‑66静电纺纳米纤维膜。 [0050] 实施例4 [0051] 本实施例提供一种纳米纤维过滤吸附膜 [0052] 将磺化度为30％、浓度为25％的磺化聚醚砜DMF溶液与20％的尼龙‑66溶液用于双喷头静电纺丝。采用双喷头静电纺丝方式，在正电压为19kV、负电压为‑1kV、流速为2.0μL/min、纺丝距离为15cm、接收辊转速为60rpm下进行静电纺丝。纺丝液总体积约为10mL，以铝2 箔为接收基材，制得尺寸为30×20cm、厚度为50微米的磺化聚醚砜/尼龙‑66静电纺纳米纤维膜。 [0053] 实施例5 [0054] 本实施例与实施例1的区别在于，本实施例不包括季铵化的过程，仅包括氯甲基化过程，制备得到聚砜纳米纤维过滤吸附膜。 [0055] 实施例6 [0056] 本实施例与实施例1的区别在于，本实施例不包括氯甲基化的过程，仅包括季铵化过程，制备得到聚砜纳米纤维过滤吸附膜。 [0057] 实施例7 [0058] 将实施例1制备的季铵化聚砜纳米纤维过滤吸附膜取20毫克，置于10克50ppm的BSA水溶液中，搅拌下吸附24小时。由紫外可见光谱表征吸附量，得到该膜的平衡吸附量为14.1mg/g。 [0059] 采用市售聚砜微滤膜作为对比，性能测试如下： [0060] 对市售商业膜(江夏公司提供)与季铵化聚砜纳米纤维过滤吸附膜进行血浆过滤测试，考察过滤过程中在固定流速下，压降随过滤体积的变化。流速设定为常规血浆过滤的流速，即1.1mL/min。过滤结果如图1和图2所示。 [0061] 图1是使用商业膜做血浆过滤时，过滤前后血浆组成的变化，通过紫外‑可见光谱表征。目测的浑浊血浆体系经过滤膜后变得澄清，在紫外光谱上表现为吸光度的大幅降低。图2则是季铵化聚砜纳米纤维过滤吸附膜与商业膜在进行血浆过时，当流量固定时压力随过滤血浆量的变化。从图中看出，原始血浆在过滤过程中引起压力的迅速升高；过滤后的血浆再过滤时则稳定在一定的水平。电纺膜的过滤压降远低于商业膜，商业膜的过滤压降约为电纺膜的5‑10倍。 [0062] 将含有白介素‑8的血浆(浓度为252.1pg/mL)经过江夏公司的血浆过滤膜(3M，直径为4.7厘米的滤片1片)过滤1次，过滤速度为1.1mL/min；过滤压力保持在100kPa以内，至血浆变为澄清。将经过江夏血浆过滤膜过滤的血浆用于延阳康膜的过滤。延阳康膜片直径为47毫米，附着在江夏过滤膜(1片)的下方，过滤速度为1.1mL/min，血浆用量为10毫升。血浆经过上述过滤过程后，通过化学发光法测试血浆中白介素‑8过滤前后的浓度。 [0063] 代表性测试结果如表1所示： [0064] 表1 [0065] 样品 膜片 测试结果(pg/mL) 注释 无膜片 252.10 原血浆 实施例1 铵基修饰聚砜 11.30 电纺膜 实施例2 磺化聚醚砜 5.17 电纺膜 实施例3 磺化聚醚砜/尼龙‑66 5.09 混纺电纺膜 实施例4 胺基修饰聚砜 8.36 电纺膜 实施例5 尼龙‑66 7.58 电纺膜 [0066] 经过对比分析发现，磺酸根对白介素‑8的吸附效果最好，其次是胺基修饰电纺膜和尼龙电纺膜。 [0067] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。 |
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